數據之光：探索數據庫技術的演進之路

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數據庫概述-數據管理技術

數據庫的地位

數據庫的四個重要概念

信息與數據

信息

數據

信息和數據的區分和聯系:

數據處理和數據管理

數據處理

數據管理

數據管理技術的發展過程

人工管理階段(1946.2-1955 左右)

人工處理階段數據管理技術的特點體現在：

數據不保存。

數據缺乏獨立性和有效的組織方式。

數據為程序所擁有，冗余度高。

文件系統階段(1955-1965)

文件系統階段特點

文件系統階段缺點:

數據庫系統階段(1965-至今)

數據庫的定義

?編輯數據庫技術是基于數據庫的數據管理技術。

特點:

數據管理技術發展的三個階段

三個階段之間的關系表示:

數據庫管理系統的基本功能

數據庫概述-數據管理技術

數據庫的地位

數據庫技術產生于六十年代末，是數據管理的最新技術，是計算機科學的重要分支。
數據庫技術是信息系統的核心和基礎，它的出現極大地促進了計算機應用向各行各業的滲透。
數據庫的建設規模、數據庫信息量的大小和使用頻度已成為衡量一個國家信息化程度的重要標志。

數據庫的四個重要概念

數據( Data)
數據庫(DataBase，DB)
數據庫管理系統(DataBaseManagementSystem，DBMS)
數據庫系統(DataBaseSystem，DBS)

信息與數據

信息

>信息是現實世界中對客觀事物的反映。這種反映主要體現為事物屬性的表現形式，是對事物存在方式或運動狀態的刻畫.

>信息的主要特征

可傳遞性:信息是可以傳遞的，但其傳遞的前提是必須有載體，且傳遞過程消耗能量。
可感知性:信息可以被人類“感覺”得到的，但感覺的方式可能由于信息源的不同而呈現多樣性。
可管理性:信息是可以被管理的，我們可以通過一定的方法對信息進行加工、存儲、傳播、再生和增值等。

數據

數據是描述事務的符號記錄，是信息的符號化表示，是信息的載體。

數據是信息表示的一種符號形式。

這種符號形式可以是語言、圖表、數字、聲音等。但不管用什么樣的符號形式，其目的只有一個，那就是客觀地反映信息的內容。信息的內容不會隨著數據表現形式的不同而改變。

信息和數據的區分和聯系:

數據是信息的載體，可以有多種表現形式，其目的都是為了揭示信息的內容；

信息是數據的內涵，它僅由客觀事物的屬性來確定，而與數據形式無關。

但在實際應用中，如果不需要特別強調信息和數據的差異，這兩個概念往往是互換的。

例如，“信息處理”和“數據處理”通常意指有相同內涵的兩個概念

數據處理和數據管理

數據處理

數據處理也稱信息處理，它泛指用計算機對各種類型數據進行的處理操作。
這些操作包括對數據進行采集、轉換、分類、存儲、排序、加工、維護、統計和傳輸等系列活動。
數據處理的目的是從原始數據中提取有價值的、可作決策依據的信息。

數據管理

數據管理指在復雜的數據處理過程中的一些基本操作，如數據存儲、分類、統計和檢索等。
數據管理是數據處理的任務之一，是數據處理的核心內容，數據庫系統的基本功能就是數據管理。

數據管理技術的發展過程

人工管理階段(1946.2-1955 左右)

這一階段主要指是從計算機誕生到 20 世紀 50 年代中期的這一個時期。世界上第一臺計算機 ENIAC于1946 年2月14日在美國賓夕法尼亞大學誕生，在隨后的近十年中計算機的主要應用是科學計算，處理的是數字數據，數據量不大。
計算機沒有操作系統(實際上當時根本沒有操作系統的概念)也沒有數據的管理軟件，是以批處理方式對數據進行計算。
計算機硬件本身也沒有磁盤，所使用的“存儲設備”是磁帶、卡片等。

人工處理階段數據管理技術的特點體現在：

數據不保存。

一是當時計算機所處理的數據量很小，不需要保存;

二是計算機本身就沒有有效的存儲設備。

數據缺乏獨立性和有效的組織方式。

這體現在數據依賴于應用程序缺乏共享性。其原因在于，數據的邏輯結構跟程序是緊密聯系在一起的，程序 A 處理的數據，對程序 B 而言可能就無法識別，更談不上處理。解決的辦法是修改數據的邏輯結構，或者修改應用程序。顯然，這種數據管理方法僅適用于小量數據，對大量數據則是低效的。

數據為程序所擁有，冗余度高。

由于數據缺乏獨立性，一組數據只能為一個程序所擁有，而不能同時為多個程序所共享，這就造成了一份數據的多個拷貝，各程序之間存在大量重復的數據，從而產生大量的冗余數據。

文件系統階段(1955-1965)

這一階段是從 50 年代后期到 60 年代中期的這一段時間。這個時期計算機除了用于科學計算以外，還大量用于數據的管理。
計算機已經有了操作系統，并且在操作系統之上已經開發了一種專門用于數據管理的軟件——文件管理系統。在文件管理系統中，數據的批處理方法發展到了文件的批處理方式，且還可以實現了一定程度的聯機實時處理。
計算機硬件本身已經出現了磁盤、磁鼓等外部存儲設備

文件系統階段特點

計算機的應用從單純的科學計算逐步轉移到數據處理，特別是在該階段的后期，數據處理已經成為計算機應用的主要目的。主要限于對文件的插入、刪除、修改和查詢等基本操作。
數據按照一定的邏輯結構組成文件，并通過文件實現數據的外部存儲。即數據是以文件的方式存儲在外部存儲設備中，如磁盤、磁鼓等。
數據具有一定的獨立性。由于數據是以文件的方式存儲，文件的邏輯結構與存儲結構可以自由地進行轉換，所以多個程序可以通過文件系統對同一數據進行訪問，實現了一定程度的數據共享。
文件形式具有多樣化，除了數據文件以外還產生了索引文件、鏈接文件、順序文件、直接存取文件和倒排文件等。
基本上以記錄為單位實現數據的存取。

文件系統階段缺點:

數據和程序并不相互獨立，數據冗余度仍然比較大。一個程序基本上是對應著一個或一組文件，即數據還是面向應用的，不同的程序還需建立自己的數據文件，能真正實現數據共享的情況并不多。原因在于，文件中數據的邏輯結構與其對應的程序密切相關而且沒有統一標準的邏輯結構。
難以保證數據一致性。由于文件之間沒有關聯機制，所以當對一個數據進行更改時難以保證對該數據的其他副本進行同樣的更改。
文件的數據表達能力十分有限。這主要體現在，文件中的數據結構比較單一，也比較簡單，還難以表示復雜的數據結構。

數據庫系統階段(1965-至今)

數據庫系統階段始于 20 世紀 60 中后期，一直到現在。這時計算機除了用于科學計算以外，更多時候是用于數據管理，而且數據的量已經很大，管理功能也越來越強大。
計算機硬件本身也發生了深刻的變化，出現了大容量磁盤和高主頻的 CPU 等。
在軟件上，數據的管理軟件已經由原來的文件系統上升到了數據庫管理系統(DBMS)。
數據管理的主要特點是數據集中存放在一個地方，這個地方就是所謂的數據庫。應用程序要實現對數據庫中的數據進行訪問，則必須通過數據庫管理系統來完成。

數據庫的定義

數據庫，顧名思義，是存放數據的倉庫。

人們收集并抽取出一個應用所需要的大量數據之后，應將其保存起來以供進一步加工處理，進一步抽取有用信息。

數據庫(Database,簡稱 DB)是長期儲存在計算機內、有組織的可共享的大量數據的集合。

數據庫技術是基于數據庫的數據管理技術。

特點:

數據組織的結構化。從總體上看，文件系統中的數據是“渙散”的，而數據庫中的數據是結構化的，具有統一的邏輯結構。數據的結構化是數據庫的主要特征之一，是數據庫和文件系統的最大和根本的區別。

減少數據冗余度，增強數據共享性。從整個系統上看，數據不再面向某一個特定的應用程序，而是面向由所有應用程序組成的系統。所以一個數據可以為多個應用程序所共享，一個應用程序也可以同時訪問多個數據。

保證數據的一致性。通過建立文件間的關聯，使得在對某一個數據進行更新時，與之相關的數據也得到相應更改。

具有較高的數據獨立性。在數據庫系統中，數據獨立性包含兩個方面，一個是數據的物理獨立性，另一個是數據的邏輯獨立性。

數據的物理獨立性是指在數據的物理存儲結構發生改變時數據的邏輯結構可以不變的特性，
數據的邏輯獨立性是指在總體邏輯結構改變時，應用程序可以不變的一種特性。

數據庫之所以具有較好的數據獨立性，主要是因為數據庫提供了兩個映象功能:

數據的存儲結構和邏輯結構之間的映象或轉換功能以及

數據的總體邏輯結構和局部邏輯結構之間的映象功能。

前者保證了數據的物理獨立性，后者則保證了數據的邏輯獨立性。

以數據項為單位進行數據存取。相對文件系統而言，數據庫可以實現更小粒度的數據處理，滿足更多的應用需求。

具有統一的數據控制功能。這些功能包括數據的安全性控制、完整性控制、并發控制和一致性控制等功能。

數據管理技術發展的三個階段

數據管理技術發展的這三個階段是一個漸進的過程，它們的區別主要體現在應用程序和數據的關系上:

在人工管理階段，應用程序和數據是“混合”在一起；
在文件系統階段，應用程序則通過文件系統完成對數據的訪問實現了數據和程序一定程度的分離；
在數據庫系統階段，應用程序是通過數據庫管理系統（DBMS）對數據進行訪問，實現了數據和程序的高度分離。

三個階段之間的關系表示:

數據庫管理系統的基本功能

數據庫管理系統的基本功能主要包括數據定義、數據存取、數據庫建立與維護以及數據庫運行管理等。

數據定義：這是DBMS的一個核心功能，提供數據定義語言（DDL）來創建、修改或刪除數據庫中的表結構、視圖和索引等對象。
數據存取：DBMS通過數據操縱語言（DML）實現數據的檢索、插入、更新和刪除操作。這允許用戶對數據庫中的數據進行各種操作以完成他們的業務需求。
數據庫建立與維護：涉及數據庫的初始數據加載、轉儲、恢復、重組織，以及系統性能監控和分析等功能。這些功能確保數據庫能夠穩定運行，并在出現問題時及時進行修復和優化。
數據庫運行管理：包括數據的安全性、完整性和并發控制。DBMS必須保證在多用戶訪問的情況下，數據庫中的數據仍然保持一致性和準確性。

總結：數據庫管理系統是位于用戶和操作系統之間的軟件，它提供了強大而復雜的功能集，使得用戶可以高效地存儲、管理和檢索數據。